【摘要】：隨著集成電路工藝特征尺寸不斷縮小至深亞微米,越來越多的先進(jìn)微電子電路與系統(tǒng)被應(yīng)用于航天器中,對(duì)器件和電路提出了更高的抗輻射性能要求。特征尺寸的縮小和時(shí)鐘頻率的不斷增大,使得模擬電路的單粒子瞬態(tài)(Single Event Transient,SET)效應(yīng)不斷加劇,模擬電路SET效應(yīng)越來越引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。本文基于運(yùn)算放大器和比較器在模擬及混合信號(hào)(Analog Mixed Signal,AMS)電路中的重要性,選取兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器和可再生鐘控比較器為研究對(duì)象,詳細(xì)理解SET效應(yīng)在模擬電路中的作用機(jī)理及其影響,基于SMIC 0.13μm工藝分別建立了兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器和可再生鐘控比較器電路結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行性能仿真。本文圍繞兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器開展了SET仿真分析。根據(jù)SET對(duì)電路增益、相位裕度、單位增益帶寬的影響,分析獲得了運(yùn)放的兩級(jí)輸出節(jié)點(diǎn)是電路中的SET敏感節(jié)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,討論了不同的參數(shù)對(duì)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器SET敏感性的影響。得到結(jié)論:低增益、高帶寬運(yùn)算放大器的SET響應(yīng)比高增益、低帶寬運(yùn)算放大器的SET響應(yīng)小,提高電路帶寬降低電路增益有益于降低SET對(duì)電路的影響。本文圍繞可再生鐘控比較器開展了SET敏感性分析。根據(jù)各級(jí)SET響應(yīng),確定了比較器各級(jí)的SET敏感節(jié)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)比較器最終輸出是否發(fā)生邏輯錯(cuò)誤,分析獲得了SET效應(yīng)對(duì)比較器整體電路的影響。仿真結(jié)果顯示,比較器各級(jí)的敏感節(jié)點(diǎn)不一定會(huì)對(duì)比較器整體電路的功能產(chǎn)生影響,各級(jí)不敏感的節(jié)點(diǎn)同樣有可能引起比較器功能錯(cuò)誤,比較器的SET敏感性受比較器工作狀態(tài)以及輸入的影響。本文創(chuàng)新性地提出了一種針對(duì)模擬電路的SET效應(yīng)系統(tǒng)級(jí)加固方法。該方法利用電荷共享的原理,基于冗余選擇的方法,能正確地選擇不受單粒子轟擊的電路輸出作為最后的輸出,從而大大減小模擬電路對(duì)SET的敏感性。本文針對(duì)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器和可再生鐘控比較器開展了SET加固研究。針對(duì)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器采用本文提出的SET效應(yīng)系統(tǒng)級(jí)加固方法進(jìn)行加固,仿真結(jié)果表明本文提出的SET加固方案能使輸出電壓瞬態(tài)脈沖幅度平均降低78.4%,脈沖寬度平均降低98.24%,脈沖寬度的改善甚至可以達(dá)到跨數(shù)量級(jí)的改善,從而驗(yàn)證了本文提出的加固方案的有效性。針對(duì)可再生鐘控比較器,本文采用了三模冗余(Triple Modular Redundancy,TMR)的方法進(jìn)行了加固設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了加固效果。本文針對(duì)模擬電路的單粒子瞬態(tài)效應(yīng)提出了一種系統(tǒng)級(jí)加固方法,通過對(duì)兩級(jí)CMOS運(yùn)算放大器進(jìn)行SET加固,并將加固效果與交叉匹配共中心(Differential Common-Centroid,DCC)、敏感節(jié)點(diǎn)自電荷抵消(Sensitive node active charge cancellation,SNACC)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),本文的SET加固方法在加固效果上更佳,尤其能有效減小脈寬。本文提出的加固方案為模擬電路冗余RHBD方法提供了一種新思路。
【圖文】：

其中模擬電路的應(yīng)用占據(jù)了不可忽略的地位�？臻g輻射環(huán)境中電路時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生不同的輻射效應(yīng)。本章首先概述空間環(huán)境及述 SET 效應(yīng)的作用機(jī)理，隨后介紹了單粒子效應(yīng)的模擬方法并級(jí)仿真方法，最后總結(jié)了模擬電路的 SET 效應(yīng)。本章的主要目電路的 SET 研究提供理論支撐。輻射環(huán)境及輻射效應(yīng)空間輻射環(huán)境境由帶電和中性粒子、等離子體、電磁場(chǎng)、太空碎片和流星體等機(jī)制引起航天器任務(wù)中斷、任務(wù)失敗或航天器壽命退化等。銀河osmic Rays）、太陽輻射線（Solar Particle Events）及地球輻射帶（輻射效應(yīng)的主要來源。圖 2.1 所示是航天飛行器所處的空間輻

第二章 單粒子瞬態(tài)效應(yīng)基本理論子的能量在釋放電子的過程中逐漸丟失，最終停留在半導(dǎo)體材半導(dǎo)體材料中經(jīng)過的路徑距離稱為粒子的射程。入射粒子擴(kuò)散點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，，有可能會(huì)引起進(jìn)一步的庫(kù)倫相互作用，從而釋放電離會(huì)引起一個(gè)密集的電子空穴對(duì)軌跡，如圖 2.3 所示是 N擊的電荷產(chǎn)生過程。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN722

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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1 趙振宇;鎖相環(huán)中單粒子瞬變效應(yīng)的分析與加固[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：2591539